KR200397829Y1 - 전단강도 측정장치의 전단기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 지반의 전단강도 측정장치의 전단기에 관한 것으로서, 시추공(10) 내부에 삽입되며, 하단부가 가압기(20)와 연결되고, 상측에 스크류(110)가 결합된 풀로드(100)와; 상기 스크류(110)에 대응형성된 웜기어(210)의 작동에 따라 상기 풀로드(100)가 상승되면 시험지반에 상측으로 전단력이 가해지는 전단력인가부(200)와; 상기 전단력인가부(200) 아래에 놓이고, 상기 전단력에 따른 반작용력에 의해 아래로 눌러지는 누름판(300)과; 상기 누름판(300) 하부에 고정되어 상기 누름판(300)이 누르는 힘에 따라 상하강 운동하는 피스톤(410)과, 상기 피스톤(410)이 수용되는 실린더튜브(420)와, 단부가 상기 실린더튜브(420) 하부 내측면에 고정되며 상기 피스톤(410) 하부에 형성되어 상기 피스톤(410)의 움직임에 따라 탄성적으로 가압되는 탄성체주머니(430)로 구성된 유압실린더(400)와; 상기 유압실린더(400)와 연결되며, 상기 피스톤(410)의 가압력에 따라 상기 탄성체주머니(430)에 전달되는 압력을 측정하는 압력계(500)와; 상기 유압실린더(400) 하부에 형성되며 상기 유압실린더(400)가 수평으로 놓여지도록 형성된 바닥판(600);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전단강도 측정장치의 전단기를 기술적 요지로 한다. 이에 따라 유압 작동유가 누설되지 않고, 피스톤의 유동시 실린더튜브 내면과의 마찰력을 줄일 수 있어 시험지반에 대한 정확한 전단강도를 측정할 수 있는 이점이 있다.

Description

전단강도 측정장치의 전단기{shear}

본 고안은 지반의 전단강도 측정장치의 전단기에 관한 것으로서, 특히 유압 작동유가 누설되지 않고 피스톤의 유동시 실린더튜브 내면과의 마찰력을 줄일 수 있어 시험지반에 대한 정확한 전단력을 측정할 수 있는 전단강도 측정장치의 전단기에 관한 것이다.

일반적으로 토목공사시에 행하는 지반 조사 작업은, 구조물을 새롭게 건설하거나 기존의 구조물이 침하되어 보강작업이 필요한 경우에 그 하부의 지반을 조사하여 구조물을 안전하게 건축하고 복원하기 위해 행해지는 것이다.

이러한 지반 조사 작업은 시험지반이 위치하는 근처에 시추공을 뚫은 후, 시추공 내에서 대상 시험심도 구간을 선정한 후, 가압기를 삽입한다. 상기 가압기에는 풀로드(pull rod)가 연결되도록 하며, 시험지반 근처에 전단판을 위치시키고, 상기 전단판은 지상에서 공기펌프와 연결되게 된다.

그 다음 지상에서 공기펌프를 이용하여 압축공기관을 통해 시추공내 가압기에 전단판을 통한 수직압력(normal stress)을 가하여, 시험지반이 수직방향으로 충분히 압밀되도록 한다.

이와 같이 수직으로 압밀된 시험지반은 상기 풀로드(pull rod)를 상승시켜 발생하는 전단압력에 의하여 지반이 파괴될 때의 수직압력과 전단압력을 측정한다.

이러한 지반 조사 작업에 있어서, 시추공 내부에 형성된 풀로드의 상승에 의한 반작용으로 누름판이 눌러지게 되며, 누름판 하부에 형성된 유압실린더에 의한 누름판의 압력을 측정하면 그에 비례하는 시험지반의 전단력의 크기를 얻게 된다.

그러나 종래의 유압실린더는 실린더튜브와 피스톤 사이에 유압 작동유가 새지 못하도록 오링을 끼우고 실린더튜브 내부에 유압 작동유를 채워서 사용하고 있다. 그런데 일반적으로 사용되는 유압실린더를 사용하면 다음과 같은 문제점이 발생한다.

1)오링으로서는 완전히 유압 작동유의 누설을 방지하지 못한다.

2)유압 작동유의 누설을 최소화하기 위하여 오링을 빡빡하게 하는 경우, 피스톤과 실린더튜브 사이의 마찰력이 증가하여, 압력계의 지시가 피스톤에 가해지는 힘과 비례하지 않게 된다.

본 고안은 상기 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 유압 작동유가 누설되지 않고, 피스톤의 유동시 실린더튜브 내면과의 마찰력을 줄일 수 있어 시험지반에 대한 정확한 전단력을 측정할 수 있는 전단강도 측정장치의 전단기에 관한 것이다.

상술한 바와 같은 목적 달성을 위한 본 고안은, 시추공 내부에 삽입되며, 하단부가 가압기와 연결되고, 상측에 스크류가 결합된 풀로드와; 상기 스크류에 대응형성된 웜기어의 작동에 따라 상기 풀로드가 상승되면 시험지반에 상측으로 전단력이 가해지는 전단력인가부와; 상기 전단력인가부 아래에 놓이고, 상기 전단력에 따른 반작용력에 의해 아래로 눌러지는 누름판과; 상기 누름판 하부에 고정되어 상기 누름판이 누르는 힘에 따라 상하강 운동하는 피스톤과, 상기 피스톤이 수용되는 실린더튜브와, 단부가 상기 실린더튜브 하부 내측면에 고정되며 상기 피스톤 하부에 형성되어 상기 피스톤의 움직임에 따라 탄성적으로 가압되는 탄성체주머니로 구성된 유압실린더와; 상기 유압실린더와 연결되며, 상기 피스톤의 가압력에 따라 상기 탄성체주머니에 전달되는 압력을 측정하는 압력계와; 상기 유압실린더 하부에 형성되며 상기 유압실린더가 수평으로 놓여지도록 형성된 바닥판;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전단강도 측정장치의 전단기를 기술적 요지로 한다.

또한, 상기 전단강도 측정장치의 전단기는, 상기 바닥판 하부에 수평조절판이 형성되며, 상기 바닥판과 상기 수평조절판 사이에 수평조절구가 형성되어 상기 유압실린더의 수평이 조절되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 전단강도 측정장치의 전단기는, 상기 바닥판 상부에 수준기가 형성된 것이 바람직하다.

이에 따라 유압 작동유가 누설되지 않고, 피스톤이 움직일 때 실린더튜브 내면과의 마찰력을 줄일 수 있어 시험지반에 대한 정확한 전단강도를 측정할 수 있는 이점이 있다.

이하에서는 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다.

도 1은 본 고안에 따른 전단강도 측정장치의 전체 단면도이고, 도 2는 본 고안에 따른 전단강도 측정장치의 전단기 부분의 단면도이며, 도 3은 본 고안에 따른 전단강도 측정장치의 전단기의 유압실린더의 단면도이다.

도시된 바와 같이 본 고안에 따른 전단강도 측정장치의 전단기는 풀로드(100), 전단력인가부(200), 누름판(300), 유압실린더(400), 압력계(500), 바닥판(600)으로 크게 구성된다.

먼저 풀로드(pull rod)(100)에 대해 설명하고자 한다.

상기 풀로드(100)는 시추공(10) 내부에 삽입되는 것이며, 하단부가 가압기(20)와 연결되고, 상측에는 스크류가 결합되어 있으며, 지상으로 돌출되게 형성된다. 상기 스크류(110)에는 후술할 전단력인가부(200)의 웜기어(210)가 결합되게 되며, 웜기어(210)의 작동에 의해 상기 풀로드(100)가 상하로 움직이게 된다.

상기 가압기(20)는 대상 시험지반에 시추공(10)을 형성시킨 후, 상기 시추공(10) 내부에 삽입되는 것으로, 상기 가압기(20) 하단부에는 대상 시험지반에 대응하는 위치에 전단판(30)이 설치되며 지상에 있는 공기펌프와 연결되도록 형성된다. 지상에 있는 공기펌프의 작동에 의해 상기 전단판(30)에 수직방향의 힘이 가해지게 되며, 이에 대상 시험지반에 수직압력(normal stress)이 가해지게 된다.

상기 풀로드(100)는 상기 가압기(20)의 상부와 결합되며, 상기 풀로드(100)의 상하운동에 따라 상기 가압기(20)가 상하로 움직일 수 있게 되는 구조이며, 상기 수직압력에 세기에 따라 상기 전단판(30)에 의한 시험지반에 발생되는 전단력의 세기가 변하게 된다.

다음으로 상기 전단력인가부(200)에 대해 설명하고자 한다.

상기 전단력인가부(200)는 상기 스크류(110)에 결합되는 것으로, 핸들(230), 웜축(worm shaft)(220), 웜기어(worm gear)(210)로 구성된다. 상기 핸들(230)을 돌리면 핸들(230)에 연동된 웜축(220)이 회전하고, 상기 웜축(220)과 맞물려 있는 웜기어(210)도 회전하면서 상기 스크류(110)를 따라 상기 웜기어(210)가 작동되어 상기 풀로드(100)가 상승하게 된다.

상기 풀로드(100)가 상승하게 되면, 상기 풀로드(100)에 연결된 가압기(20)가 상승하게 되며, 이에 의해 대상 시험지반에 수직압력을 가하고 있는 상기 전단판(30)이 상승함에 따라 시험지반에 상측으로 전단력이 가해지게 된다.

상기 전단력인가부(200)는 상기 풀로드(100)가 상승함에 따라 반작용력에 의해 하강하게 되며, 상기 전단력인가부(200) 아래에 놓인 누름판(300)을 아래로 누르게 된다.

상기 누름판(300)은 상기 전단력인가부(200)의 웜기어(210)와 연결형성되며, 중심부로는 상기 스크류(110)가 자유롭게 왕복운동할 수 있도록 통공이 형성된다. 상기 누름판(300)은 판상으로 형성되며, 하부에는 양측에 유압실린더(400)의 피스톤(410)이 결합되어 있다.

다음으로 상기 유압실린더(400)에 대해 설명하고자 한다.

상기 유압실린더(400)는, 상기 누름판(300) 하부에 고정되어 상기 누름판(300)이 누르는 힘에 따라 상하강 운동되는 피스톤(410)과, 상기 피스톤(410)이 수용되는 실린더튜브(420)와, 단부가 상기 실린더튜브(420) 하부 내측면에 고정되며 상기 피스톤(410) 하부에 형성되어 상기 피스톤(410)의 움직임에 따라 탄성적으로 가압되는 탄성체주머니(430)로 형성된다.

상기 피스톤(410)은 상기 누름판(300) 양측에 형성되어 누름판(300)이 누르는 힘에 비례하여 아래로 이동되면서, 피스톤(410) 하부에 형성된 탄성체주머니(430)를 누르게 된다. 상기 탄성체주머니(430)는 고무, PVC 등의 플라스틱 재질로 형성되며, 상기 누름판(300)의 누르는 힘에 의하여도 파손되지 않을 만큼의 인장강도를 가지는 것으로 사용된다. 상기 탄성체주머니(430) 내부에는 유압 작동유 등이 삽입되어져 상기 피스톤(410)의 가압에 의해 부드럽게 찌그러지면서 상기 피스톤(410) 아래의 실린더튜브(420) 내부를 꽉 채우게 된다.

상기에서 살펴본 바와 같이 피스톤(410)과 실린더튜브(420) 사이에 오링을 제거하여 피스톤(410)이 실린더튜브(420) 내부에서 마찰없이 원활하게 움직이도록 한다.

상기 탄성체주머니(430)는 상기 누름판(300)에 가해지는 힘과 같은 값을 가지는 전단력을 정확하게 측정하기 위한 것으로, 유압실린더(400)의 피스톤(410)에 가해지는 힘과 압력계(500)에서 읽혀지는 압력이 정확히 비례하고, 측정 회수와 관계없이 정확한 값이 되도록 한 것이다.

상기 탄성체주머니(430)는 상기 실린더튜브(420) 하부 내측면에 단부가 고정되어 원천적으로 유압 작동유가 피스톤(410)과 실린더튜브(420) 사이의 틈에서 샐 수 없도록 한 것이다.

이런 구조의 유압실린더(400)에서는 피스톤(410)에 힘이 가해지면, 탄성체주머니(430)가 찌그러지게 하는 힘을 제외한 모든 힘이 유압 작동유를 누르게 되어 오링을 사용하는 경우에 비하여 훨씬 마찰력의 효과를 감소시킬 수 있다. 또한 실린더튜브(420) 하부 내측면에서 탄성체주머니(430)를 실린더튜브(420)에 꽉 끼게 함으로써, 오링을 사용하는 경우 발생할 수 있는 작동유의 누설을 원천적으로 방지하였다.

이에 의해 유압실린더(400)와 연결된 압력계(500)에 상기 피스톤(410)이 상기 탄성체주머니(430)에 전달시키는 압력을 정확하게 측정할 수 있게 된다.

그리고 상기 유압실린더(400) 하부에는 판상으로 형성되며 시추공(10) 또는 시추공(10)의 케이싱 상부에 놓이는 바닥판(600)이 형성된다. 상기 바닥판(600)의 중심부에는 상기 시추공(10)에 대응되는 위치에 통공이 형성되어 상기 가압기(20) 및 풀로드(100)가 이동되게 된다.

상기 바닥판(600)은 지면 또는 시추공 케이싱의 끝부분이 고르지 않을 경우에, 유압실린더(400)의 안정적인 설치와 기울어짐을 방지하여 수평으로 놓여지게 하기 위한 것이다.

또한, 상기 바닥판(600) 하부에는 수평조절판(700)이 형성되며, 상기 바닥판(600)과 상기 수평조절판(700) 사이에 수평조절구(710)가 형성되어 상기 유압실린더(400)의 수평이 조절되도록 한다.

상기 전단강도 측정장치의 전단기는 상기 바닥판(600)이 시추공 또는 시추공(10)의 케이싱 상부에 직접 놓이게 되는데, 이렇게 되면 케이싱의 단면이 정확하지 않은 경우에, 가압기(20)가 상기 풀로드(100)와 수직하지 않게 될 수 있다. 이 경우 상기 누름판(300)에 작용하는 전단력의 방향이 상기 실린더튜브(420)의 축 방향과 일치하지 않게 되어, 상기 압력계(500)에서 측정되는 압력이 가압기(20)가 풀로드(100)와 수직할 때의 값과 달라질 수도 있고, 심한 경우는 실린더튜브(420)의 피스톤(410)이 움직이지 않을 수도 있다.

이처럼 가압기(20)의 수평이 맞지 않아서 발생하는 오차를 감소시키고, 수평을 맞추기 힘든 장소에서도 바닥판(600)의 높이를 조절하여 유압실린더(400)의 수평을 맞출 수 있도록 한 것이다.

상기 수평조절구(710)는 나사 등으로 높이가 조절되도록 하여 상기 바닥판(600)의 수평여부를 조절하게 된다. 즉 케이싱과 수직하게 되도록 조정함으로써, 수평이 맞지 않음으로 인한 측정오차를 최소화한다.

상기 바닥판(600) 상부에는 수준기(720)가 형성되어, 상기 수준기(720)를 관찰하면서 상기 바닥판(600)의 수평상태를 확인한다.

이하에서는 본 고안의 작용원리에 대해 살펴보고자 한다.

상기 시추공(10) 내부의 대상 시험지반 근처에 전단판(30)이 위치되도록 가압기(20)가 삽입되며, 상기 가압기(20)의 상부에는 상기 풀로드(100)의 하단에 결합되게 된다.

먼저 외부의 공기펌프에 의해 상기 전단판(30)에 압축공기를 공급하게 되면, 상기 전단판(30)에 의해 시험지반이 수직으로 압밀되게 된다.

그 다음 상기 전단력인가부(200)의 핸들(230)을 돌리면 핸들(230)에 연동된 웜축(220)이 회전하고, 상기 웜축(220)과 맞물려 있는 웜기어(210)도 회전하면서, 상기 스크류(110)를 따라 상기 풀로드(100)는 상승하게 된다.

상기 풀로드(100)의 상승에 의해 시추공(10)의 전단판(30)이 위치한 시험지반이 상측으로 전단력을 받게 된다. 이 때 이 시추공(10)에 전단판(30)이 가하는 전단력의 반작용력이 상기 누름판(300)을 아래로 누르게 되고, 이 힘은 바닥판(600)에 고정된 유압실린더(400)의 피스톤(410)에 가해진다.

상기 누름판(300)과 상기 바닥판(600) 사이의 양측에 형성된 두 개의 유압실린더(400)에 힘이 가해지면, 실린더튜브(420) 내부의 압력은 실린더튜브(420)에 가해진 힘을 실린더튜브(420)의 내부 단면적으로 나눈 값만큼의 압력을 실린더튜브(420) 내부에 가하게 된다. 이 압력은 압력계(500)로 읽을 수 있다.

그런데 실린더튜브(420)의 단면적은 일정하므로, 압력계(500)에서 읽은 압력값과 전단력은 비례하게 된다. 이 전단력을 전단판(30)의 면적으로 나누면, 이 값이 전단판(30)에 가해지는 전단응력(shear stress)이 된다.

그 다음으로 수직압력을 단계적으로 변화시키며 수직압력(normal stress)과 전단압력(shear stress)을 측정하여, 시험지반에 대한 점착력 및 내부마찰력을 산정하여 시험지반의 전단강도를 측정할 수 있게 된다.

상기 구성에 의한 본 고안은, 유압 작동유가 누설되지 않고, 피스톤이 운동할 때 실린더 내면과의 마찰력을 줄일 수 있어 시험지반에 대한 정확한 전단강도를 측정할 수 있는 효과가 있다.

또한 유압실린더의 수평을 조절할 수 있도록 하여, 어느 장소에서나 시험지반에 대한 더욱 더 정밀한 전단강도를 측정할 수 있는 효과가 있다.

도 1 - 본 고안에 따른 전단강도 측정장치의 전체 단면도.

도 2 - 본 고안에 따른 전단강도 측정장치의 전단기 부분의 단면도.

도 3 - 본 고안에 따른 전단강도 측정장치의 전단기의 유압실린더의 단면도.

<도면에 사용된 주요부호에 대한 설명>

10 : 시추공 20 : 가압기

30 : 전단판 100 : 풀로드

110 : 스크류 200 : 전단력인가부

210 : 웜기어 220 : 웜축

230 : 핸들 300 : 누름판

400 : 유압실린더 410 : 피스톤

420 : 실린더튜브 430 : 탄성체주머니

500 : 압력계 600 : 바닥판

700 : 수평조절판 710 : 수평조절구

720 : 수준기

Claims (3)

1. 시추공(10) 내부에 삽입되며, 하단부가 가압기(20)와 연결되고, 상측에 스크류(110)가 결합된 풀로드(100)와;

   상기 스크류(110)에 대응형성된 웜기어(210)의 작동에 따라 상기 풀로드(100)가 상승되면 시험지반에 상측으로 전단력이 가해지는 전단력인가부(200)와;

   상기 전단력인가부(200) 아래에 놓이고, 상기 전단력에 따른 반작용력에 의해 아래로 눌러지는 누름판(300)과;

   상기 누름판(300) 하부에 고정되어 상기 누름판(300)이 누르는 힘에 따라 상하강 운동하는 피스톤(410)과, 상기 피스톤(410)이 수용되는 실린더튜브(420)와, 단부가 상기 실린더튜브(420) 하부 내측면에 고정되며 상기 피스톤(410) 하부에 형성되어 상기 피스톤(410)의 움직임에 따라 탄성적으로 가압되는 탄성체주머니(430)로 구성된 유압실린더(400)와;

   상기 유압실린더(400)와 연결되며, 상기 피스톤(410)의 가압력에 따라 상기 탄성체주머니(430)에 전달되는 압력을 측정하는 압력계(500)와;

   상기 유압실린더(400) 하부에 형성되며 상기 유압실린더(400)가 수평으로 놓여지도록 형성된 바닥판(600);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전단강도 측정장치의 전단기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 전단강도 측정장치의 전단기는,

   상기 바닥판(600) 하부에 수평조절판(700)이 형성되며, 상기 바닥판(600)과 상기 수평조절판(700) 사이에 수평조절구(710)가 형성되어 상기 유압실린더(400)의 수평이 조절되는 것을 특징으로 하는 전단강도 측정장치의 전단기.
3. 제 2항에 있어서, 상기 전단강도 측정장치의 전단기는,

   상기 바닥판(600) 상부에 수준기(720)가 형성된 것을 특징으로 하는 전단강도 측정장치의 전단기.